溅射装置
阅读：1010发布：2020-10-28
专利汇可以提供溅射装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种溅射装置，包括工艺腔、 磁控管 和承载基片的 基座 ，所述磁控管和所述基座均设置在所述工艺腔中，且所述磁控管位于所述基座的上方，其中，所述溅射装置还包括 磁性 组件，所述磁性组件设置在所述工艺腔内的预定 位置 ，以增加该预 定位 置的 磁场 强度；所述预定位置根据磁控管和基座之间的靶材的材料来确定。当利用本发明所提供的溅射装置在基片表面沉积膜层时，靶材 原子 或分子偏向于所述预定位置运动，增加所述预定位置处的膜层的 电阻 率 ，从而从总体上改善沉积膜层的电阻率均匀性，进而改善膜层的膜厚均匀性和 方 块 电阻 均匀性。，下面是溅射装置专利的具体信息内容。
1.一种溅射装置，包括工艺腔、磁控管和承载基片的基座，所述磁控管和所述基座均设置在所述工艺腔中，且所述磁控管位于所述基座的上方，其特征在于，所述溅射装置还包括磁性组件，所述磁性组件设置在所述工艺腔内的预定位置，以增加该预定位置的磁场强度；
所述预定位置根据磁控管和基座之间的靶材的材料来确定。
2.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，所述磁性组件包括磁体和壳体，所述磁体设置在所述壳体内，所述磁性组件通过所述壳体固定在所述工艺腔的预定位置。
3.根据权利要求2所述的溅射装置，其特征在于，所述壳体包括容纳部和形成在该容纳部上的安装部，所述磁体设置在所述容纳部内，所述壳体通过所述安装部固定在所述工艺腔的预定位置。
4.根据权利要求3所述的溅射装置，其特征在于，所述磁体为永磁体。
5.根据权利要求4所述的溅射装置，其特征在于，所述磁体耐温范围为0℃～150℃。
6.根据权利要求4或5所述的溅射装置，其特征在于，所述磁性组件还包括隔离件，所述隔离件设置在所述容纳部内，且包覆所述磁体。
7.根据权利要求2至5中任意一项所述的溅射装置，其特征在于，所述磁性组件包括多个所述磁体和与每个所述磁体相对应的多个所述壳体，多个所述壳体环绕所述基座设置。
8.根据权利要求2至5中任意一项所述的溅射装置，其特征在于，所述壳体为环绕所述基座的环形结构，所述壳体内设置有多个所述磁体，且多个所述磁体均匀地分布在所述壳体内。
溅射装置
技术领域
背景技术
[0002] 物理气相沉积（PVD）泛指采用物理方法制备膜层的膜层制备工艺，物理气相沉积技术可应用于很多工艺领域，如铜互连线技术、封装领域中的硅穿孔（Through Silicon Via,TSV）技术等。
[0003] 溅射沉积技术是一种典型的物理气相沉积的方法，图1为一种典型的溅射装置的主剖示意图。如图1所示，该溅射装置主要包括：工艺腔1、真空系统10、靶材3、冷却靶材的去离冷却腔4、基座14、磁控管6、以及控制磁控管6的运动轨迹的动力源5。在工艺过程中部分靶材3的原子或分子脱落，沉积在基片表面形成膜层。
[0004] 在溅射沉积技术中，一般金属沉积（如：铜、钛、钽等）或反应溅射金属化合物（如，氮化钽等），它们在晶体上的方块电阻和厚度均是均匀分布的，且这两个参数的乘积——电阻率在整片基片上是基本一致的。然而，有些反应溅射膜层，由于反应溅射金属化合物的存在模式不同，导致溅射膜层的方块电阻与膜厚分布不均匀，并且电阻率在整个基片上的值是不一致的，基片边缘处的电阻率偏低，中心处的电阻率偏高。因为电阻率为膜层厚度与方块电阻相乘，所以电阻率的分布不均匀导致了膜层厚度均匀性与方块电阻均匀性两个工艺特性，一者得到改善时，另一者就会变差。
[0005] 在沉积一般金属时，为了提高膜厚均匀性及方块电阻均匀性，可以通过改变磁控管6的运动轨迹，而使靶材3处于更加均匀的磁场中，从而使得工艺腔1内的源自于靶材3的原子或分子分布较均匀，从而可以在使得沉积在所述基片上的膜层更加均匀。
[0006] 但是，在沉积反应溅射膜层，例如TiN膜层时，即使沉积在基片上各处的膜层厚度相同，膜层各处的电阻率仍然不同。
[0007] 因此，如何达到更好的改善膜层的电阻率均匀性成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种溅射装置，使用所述溅射装置可以改善沉积的膜层电阻率均匀性。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提供一种溅射装置，包括工艺腔、磁控管和承载基片的基座，所述磁控管和所述基座均设置在所述工艺腔中，且所述磁控管位于所述基座的上方，其中，所述溅射装置还包括磁性组件，所述磁性组件设置在所述工艺腔内的预定位置，以增加该预定位置的磁场强度，所述预定位置根据磁控管和基座之间的靶材的材料来确定。
[0010] 优选地，所述磁性组件包括磁体和壳体，所述磁体设置在所述壳体内，所述磁性组件通过所述壳体固定在所述工艺腔的预定位置。
[0011] 优选地，所述壳体包括容纳部和形成在该容纳部上的安装部，所述磁体设置在所述容纳部内，所述壳体通过所述安装部固定在所述工艺腔的预定位置。
[0012] 优选地，所述磁体为永磁体。
[0013] 优选地，所述磁体耐温范围为0℃～150℃。
[0014] 优选地，所述磁性组件还包括隔离件，所述隔离件设置在所述容纳部内，且包覆所述磁体。
[0015] 优选地，所述磁性组件包括多个所述磁体和与每个所述磁体相对应的多个所述壳体，多个所述壳体环绕所述基座设置。
[0016] 优选地，所述壳体为环绕所述基座的环形结构，所述壳体内设置有多个所述磁体，且多个所述磁体均匀地分布在所述壳体内。
[0017] 在本发明中，所述磁性组件设置在工艺腔的预定位置，以提高该预定位置的磁场强度，使得在利用本发明所提供的溅射装置进行溅射沉积时，靶材原子或分子偏向于该预定位置运动，增加该预定位置的电阻率，从而从总体上改善沉积膜层的电阻率均匀性，进而改善膜层的膜厚均匀性和方块电阻均匀性。附图说明
[0019] 图1是现有的溅射装置的主剖示意图；
[0020] 图2是本发明中的溅射装置的主剖示意图；
[0021] 图3是图2所示的溅射装置中的磁性组件的主剖示意图；
[0022] 图4是第一种实施方式的磁性组件的俯视图；
[0023] 图5是第二种实施方式的磁性组件的俯视图。
[0024] 附图标记说明
[0025] 1：工艺腔；2：连接件；3：靶材；4：冷却腔；5：动力源；6：磁控管；7：去离子水；9：紧固件；10：真空系统；11：隔离件；12：磁体；14：基座；15：壳体；15a：容纳部；15b：安装部。
具体实施方式
[0026] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0027] 本发明提供一种溅射装置，如图2所示，包括工艺腔1、磁控管6和承载基片的基座14，磁控管6和基座14均设置在工艺腔1中，且磁控管6位于基座14的上方，其中，所述溅射装置还包括磁性组件，所述磁性组件设置在工艺腔1内的预定位置，以增加该预定位置的磁场强度。
[0028] 可以理解的是，用于溅射的靶材3设置在基座14与磁控管6之间，磁控管6在靶材3表面范围内运动，形成磁场，并使得靶材3处于均匀的磁场内，靶材3溅射出的靶材原子或分子沉积在设置在基座14上的基片表面，从而形成膜层。
[0029] 应当理解的是，此处的预定位置对应于在不设置所述磁性组件的情况下，在设置在基座14上的基片上沉积膜层时，电阻率较小的位置。在本发明中，所述磁性组件设置在工艺腔1的所述预定位置，使得在溅射沉积时，该预定位置的磁场强度增加，靶材原子或分子由于受到磁场的作用会偏向于该预定位置运动，从而使得所述基片上对应于所述预定位置处的电阻率所增加的值大于其他位置处电阻率所增加的值，进而使得沉积在所述基片上的膜层电阻率更加均匀。
[0030] 可以根据磁控管6和基座14之间的靶材3的材料来确定所述预定位置。
[0031] 例如，反应溅射金属化合物为TiN时，沉积的膜层的电阻率在所述基片中心处较大，而在所述基片的边缘处较小，因此，所述预定位置可以设置为靠近基座14的边缘。相应地，可以将所述磁性组件设置在工艺腔1内的侧壁上，也可以将所述磁性组件设置在位于基座14边缘下方的底壁上，只要所述磁性组件能够增加基座14边缘处的磁场强度即可。为了便于安装，优选地，如图2所示，所述磁性组件设置在工艺腔1内且位于基座14边缘的侧壁上。
[0032] 在图2所示的实施方式中，所述磁性组件设置在基座14的上方，但是本发明并不限于此。例如，可以将所述磁性组件设置在基座14的下方，或者还可以在基座14的上方和下方均设置所述磁性组件。
[0033] 在本发明中对所述磁性组件的具体结构并没有具体的限制，只要能够增加所述预定位置的磁场强度即可。为了使所述磁性组件具有较简单的结构，优选地，如图2和图3所示，所述磁性组件包括磁体12和壳体15，磁体12设置在壳体15内，所述磁性组件通过壳体15固定在工艺腔1的预定位置。
[0034] 磁体12的作用在于增强所述预定位置的磁场强度，磁体12可以为柱状也可以为块状，磁体12的两极分别位于磁体12的两端，以产生封闭的磁力线，溅射的靶材原子或分子在工艺腔1中受到磁场的作用使得运动轨迹发生改变。
[0035] 壳体15的作用在于便于磁体12的安装，并且可以对磁体12进行保护。在本发明中，对壳体15的具体材料并没有特殊的限定，只要可以耐受工艺腔1内的高温并且不屏蔽磁体12的磁场即可，例如，可以利用钢铁材料制造壳体15。
[0036] 为了更方便地将壳体15固定在所述预定位置，更进一步地，壳体15可以包括容纳部15a和形成在容纳部15a上的安装部15b，磁体12设置在容纳部15a内，壳体15通过安装部15b固定在工艺腔1的预定位置。
[0037] 安装部15b与工艺腔1的侧壁之间的固定方式可以为不可拆卸的连接（如，固定焊接）或可拆卸的连接（如，利用螺栓螺母）。为了便于所述溅射装置的维护，同时能够灵活地调节所述磁性组件的位置（例如，根据反应溅射材料的不同改变所述预定位置），优选地，可以采用可拆卸的连接方式将安装部15b固定在工艺腔1的内壁上，如图2所示，安装部15b通过紧固件9固定在工艺腔1的内壁上。
[0038] 在上述两种实施方式中，对磁体12的结构不作具体限制，只要可以产生磁场即可，可以为永磁体也可以为非永磁体（如，电磁体等），为了简化所述溅射装置的整体结构，优选地，磁体12为永磁体，无需外加电流等条件即可产生持续的磁场。
[0039] 在磁体12为永磁体的情况中，该磁体12的耐温范围通常为0℃～150℃。
[0040] 可以理解的是，在溅射沉积工艺中，工艺腔1内的温度较高（最高可至96℃），为了防止磁体12因温度上升而退磁，优选地，所述磁性组件还可以包括隔离件11，隔离件11设置在容纳部15a内，且该隔离件11包覆磁体12。本发明中对隔离件11的形式并不作具体限制，只要能够起到隔热的作用即可。例如，隔离件11可以由隔热效果较好的玄武岩纤维压制而成。
[0041] 更进一步地，为了提高沉积膜层的均匀性，例如，反应溅射TiN时，所述磁性组件可以均匀地增加基座14边缘处的磁场强度，基座14的周围可以均匀设置有多个磁体12，使得膜层沉积的过程中，设置在基座14上的基片边缘处的电阻率能够均匀提高。
[0042] 作为本发明的第一种实施方式，如图4所示，所述磁性组件可以包括多个磁体12和与每个磁体12相对应的多个壳体15，多个壳体15环绕基座14设置。具体地，每个壳体15的容纳部15a内设置有一个磁体12和包覆该磁体12的隔离件11，每个壳体15的安装部15b通过紧固件9固定在工艺腔1的内壁上。为了使基座14边缘处的磁场强度均匀分布，优选地，多个壳体15均匀地环绕基座14设置。
[0043] 在溅射沉积工艺中，靶材3受到轰击发生溅射，溅射的靶材原子或分子由靶材3的表面向基座14方向运动，此时，多个壳体15中设置的磁体12产生的磁场使得靶材原子或分子运动轨迹发生变化，偏向于磁场强度较高的方向运动，即，基座14边缘方向。因此，设置在基座14上的基片边缘处沉积的靶材原子或分子比未加磁场时有所增加，所述基片中心处沉积的靶材原子或分子比未加磁场时有所减少，从而改善了膜层的电阻率均匀性，进而提高了膜厚均匀性和方块电阻均匀性。
[0044] 作为本发明的第二种实施方式，如图5所示，壳体15为环绕基座14的环形结构，壳体15内设置有多个磁体12，且多个磁体12均匀地分布在壳体15内。隔离件11设置在壳体15的容纳部15a内且包覆每个磁体12，壳体15的安装部15b通过紧固件9固定在工艺腔1的内壁上。在本实施方式中，对紧固件9的数目不作具体限定，可以为一个也可以为多个，为了将壳体15更牢固地设置在工艺腔1内，优选地，紧固件9的数目为多个。在本实施方式中，可以设置一个壳体15，也可以沿工艺腔1的纵向设置多个壳体15，应当理解的是，每个壳体15中都应设置有磁体12。
[0045] 与第一种实施方式相同，壳体15内设置的多个磁体12在基座14的边缘产生均匀的磁场。在溅射的靶材原子或分子从靶材3的表面向基座14方向运动过程中，靶材原子或分子受到磁场的作用偏向于基座14的边缘方向运动，使得设置在基座14上的基片边缘处沉积的靶材原子或分子比未加磁场时有所增加，所述基片中心处沉积的靶材原子或分子比未加磁场时有所减少，从而改善了膜层的电阻率均匀性。
[0046] 在上述的实施中，所述磁性组件设置在基座14的边缘，提高了设置在基座14上的基片边缘处的磁场强度，使得靶材原子或分子在工艺腔1中偏向于所述基片边缘运动，增加了位于所述基片边缘处的膜层的电阻率，从而从总体上改善沉积膜层的电阻率均匀性，进而改善膜层的膜厚均匀性和方块电阻均匀性。
[0047] 本领域技术人员应当理解的是，虽然以溅射沉积TiN膜层为例介绍了本发明所提供的溅射装置，但是本发明并不限于此，而是还可以应用于其他金属（例如，Cu、Ti等）或金属化合物（例如，AlN）的溅射沉积工艺中。
[0048] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
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